智慧水务管理方法及系统与流程

1.本发明涉及水务管理技术领域，具体涉及一种智慧水务管理方法及系统。


背景技术：

2.智慧水务是依靠物联网、云计算等系统实现海量的水务信息及时的分析与处理，水务管理系统对分析出的结果进行决策建议。自来水从水厂出厂的时候一般情况是符合国家标准的，自来水通过城市给水管道到达建筑物水池、再通过建筑物的给水管道送达调节水箱、再通过给水管道到达用户。在自来水从水厂出发经过很长的给水管道才能到达用户这一过程中，自来水中的氯含量降低，在给水管道漏损或者管道中存在死水时都会对自来水造成二次污染。但是，目前还没有对自来水污染情况进行可靠检测的措施或手段。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种智慧水务管理方法及系统，用于解决现有无法对自来水污染情况进行可靠检测的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种智慧水务管理方法，包括以下步骤：
5.获取给水管路中各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量、水流速度和管道压力以及各个管路在设定时间段对应的菌含量；
6.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力，确定各个分支节点处的综合供水偏移度；
7.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量和管道压力，确定各个分支节点处的综合供水损耗度；
8.根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度以及各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个分支节点处的污染指标值；
9.根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度和污染指标值以及各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个分支节点中的各个供水损失高发分支节点；
10.根据各个供水损失高发分支节点处的污染指标值以及各个供水损失高发分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值；
11.根据各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，确定各个供水损失高发分支节点处是否受到污染。
12.进一步的，确定各个分支节点处的综合供水偏移度的步骤包括：
13.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力，计算各个分支节点处的各个管路在设定时间段内任意两个相邻时刻的两水流速度差值以及两管道压力差值，进而确定各个分支节点处的各个管路在设定时间段内两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值；
14.根据各个分支节点处的各个管路在两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值，确定各个分支节点处的各个管路的供水偏移度；
15.根据各个分支节点处的各个管路的供水偏移度，确定各个分支节点处的综合供水偏移度。
16.进一步的，确定各个分支节点处的综合供水损耗度的步骤包括：
17.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量和管道压力，计算各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量损失值和管道压力损失值，进而确定各个分支节点处的各个管路在设定时间段内的水流量损失值均值和管道压力损失值均值；
18.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内的水流量损失值均值和管道压力损失值均值，确定各个分支节点处的综合供水损耗度。
19.进一步的，确定各个分支节点处的污染指标值的步骤包括：
20.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算各个分支节点处的菌含量均值；
21.根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度和菌含量均值，计算各个分支节点处的污染指标值，并对计算出的各个分支节点处的污染指标值进行归一化处理，从而得到最终的各个分支节点处的污染指标值。
22.进一步的，确定各个分支节点中的各个供水损失高发分支节点的步骤包括：
23.根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算各个分支节点处的菌含量均值；
24.根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度、污染指标值和菌含量均值，计算任意两个分支节点处的供水相近程度值；
25.根据任意两个分支节点处的供水相近程度值，对各个分支节点进行分组，从而得到各个分支节点组；
26.根据各个分支节点组中的各个分支节点处的污染指标值，确定各个分支节点组中的供水损失高发分支节点组，供水损失高发分支节点组中的各个分支节点即为供水损失高发分支节点。
27.进一步的，任意两个分支节点处的供水相近程度值对应的计算公式为：
[0028][0029]
其中，y(i,j)为第i个分支节点和第j个分支节点处的供水相近程度值，ui、uj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的综合供水偏移度，ri、rj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的综合供水损耗度，和分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的菌含量均值，qi和qj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的污染指标值，abs()为绝对值求取函数，sim()为两个向量的相似度计算函数。
[0030]
进一步的，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值的步骤包括：
[0031]
根据各个供水损失高发分支节点处的污染指标值，计算各个供水损失高发分支节点处的污染指标值均值；
[0032]
根据各个供水损失高发分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算
各个供水损失高发分支节点处的菌含量均值；
[0033]
计算各个供水损失高发分支节点处的污染指标值与所述污染指标值均值之间的污染指标差值，并根据各个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值以及各个供水损失高发分支节点处的菌含量均值，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值。
[0034]
进一步的，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值对应的计算公式为：
[0035][0036]
其中，为第k个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，为第k个供水损失高发分支节点处的菌含量均值，q0为污染指标值修正系数，δqk为第k个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值。
[0037]
进一步的，确定各个供水损失高发分支节点处是否受到污染的步骤包括：
[0038]
分别判断各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值是否大于规定菌含量阈值，若大于规定菌含量阈值，则判定对应的供水损失高发分支节点处受到污染。
[0039]
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种智慧水务管理系统，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互耦合，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的质量以实现上述的智慧水务管理方法。
[0040]
本发明具有如下有益效果：通过对各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力进行分析，可以确定各个分支节点处的综合供水偏移度，根据该综合供水偏移度可以确定各分支节点处的死水污染情况，通过对各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量和管道压力进行分析，可以确定各个分支节点处的综合供水损耗度，根据该综合供水损耗度可以确定各分支节点处的漏损情况，再结合各个分支节点处对应的菌含量，确定各个分支节点处的污染指标值，最终确定各个分支节点中的最有可能发生供水污染的各个供水损失高发分支节点，并结合各个供水损失高发分支节点处的污染指标值和对应的菌含量，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，从而确定各个供水损失高发分支节点处是否受到污染。本发明通过对各分支节点处的死水污染情况和漏损情况进行分析，并结合各分支节点处的菌含量情况，可以准确确定各个分支节点中的最有可能发生供水污染的各个供水损失高发分支节点，并对这些供水损失高发分支节点进行分析，从而准确确定受到污染的分支节点，实现了对自来水污染情况的可靠检测。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0042]
图1为本发明的智慧水务管理方法的流程图；
[0043]
图2为本发明的分支节点的示意图。
具体实施方式
[0044]
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的技术方案的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0045]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
[0046]
本实施例提供了一种智慧水务管理方法，该方法可以实现对城市给水管路中自来水受污染情况的可靠件检测，其对应流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0047]
(1)获取给水管路中各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量、水流速度和管道压力以及各个管路在设定时间段对应的菌含量。
[0048]
通过对城市给水管路进行分析可知，给水管路中通常包含有多个分支节点，这些分支节点是指管路分流的端口处，用于实现自来水的分流。如图2所示，在本实施例中，城市给水管路中的各个分支节点处均包括三个管路，按照水流的方向，可以将三个管路分为主管路、第一支路管路和第二支路管路，分别记为管路a、管路b和管路c，自来水由管路a流进分支节点，并由分支节点流进管路b和管路c。
[0049]
由于城市给水管路中的这些分支节点处通常是通过分流管连接各个管路，因此在整个给水管路中比较容易发生水泄露和管路死水倒灌，从而造成自来水的二次污染。所以，本实施例通过对城市给水管路中的各个分支节点进行分析，从而实现对城市给水管路中自来水受污染情况的可靠件检测。
[0050]
为了实现对城市给水管路中自来水受污染情况的可靠件检测，在本实施例中，在每个支节点处的三个管道中均设置有流量传感器、流速传感器和管道压力变送器，这些流量传感器、流速传感器和管道压力变送器每5min采集一次管道的水流量、水流速度和管道压力，从而得到一天中每个支节点处的三个管道在各个时刻的流量值、水流速度和管道压力。另外，当水体在受到污染时，细菌会在水中大量繁殖，因此在每个支节点处的三个管道中还设置有细菌检测仪，这些细菌检测仪每天检测一次管道的大肠杆菌含量，从而得到一天中每个支节点处的三个管道的菌含量。
[0051]
(2)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力，确定各个分支节点处的综合供水偏移度。
[0052]
由于给水管道的复杂性和施工等问题，而且国内普遍采用串联式给水管道排布，自来水在流通中不可避免的产生死水状况。当给水管道中的水流速度增大和水流压力增大时，即水流速度和水流压力相比上一时刻变化较大的情况下，给水管道中若存在死水，死水会发生回流，从而随着给水管道流入到用户家中，造成用户水质污染。
[0053]
基于上述分析，本实施例根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力，确定各个分支节点处的综合供水偏移度，具体实现步骤包括：
[0054]
(2-1)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流速度和管道压力，计算各个分支节点处的各个管路在设定时间段内任意两个相邻时刻的两水流速度差值以及两管道压力差值，进而确定各个分支节点处的各个管路在设定时间段内两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值，对应的计算公式为：
[0055][0056][0057]
其中，分别为分支节点处的某个管路在设定时间段内两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值，v
i 1
、p
i 1
分别为该分支节点处的某个管路在设定时间段内第i 1个时刻的水流速度和管道压力，vi、pi分别为该分支节点处的某个管路在设定时间段内第i个时刻的水流速度和管道压力，abs()为绝对值求取函数，n为该分支节点处的某个管路在设定时间段内对应时刻的总数目，也就是该分支节点处的某个管路在设定时间段内所获取的水流速度的总数目及管道压力的总数目，在本实施例中，n＝288。
[0058]
(2-2)根据各个分支节点处的各个管路在两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值，确定各个分支节点处的各个管路的供水偏移度，对应的计算公式为：
[0059][0060]
其中，x为分支节点处的某个管路的供水偏移度，分别为该分支节点处的某个管路在设定时间段内两个相邻时刻的两水流速度差异均值和两管道压力差异均值。
[0061]
(2-3)根据各个分支节点处的各个管路的供水偏移度，确定各个分支节点处的综合供水偏移度，对应的计算公式为：
[0062]
u＝ln[x0 xa*xb*xc]
[0063]
其中，u为某个分支节点处的综合供水偏移度，xa、xb、xc分别为该分支节点处的管路a、管道b、管道c的供水偏移度，x0为供水偏移度修正值，为固定参数，可以根据实际需要进行设定。
[0064]
上述分支节点处的综合供水偏移度是根据该分支节点处的各个管路的供水偏移度来确定的，当分支节点处的各个管路的供水偏移度较大时，对应该分支节点处的综合供水偏移度取值就越大，此时说明若该分支节点处的管道中存在死水，则该分支节点处的管道中的自来水受污染的可能性就越大。
[0065]
(3)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量和管道压力，确定各个分支节点处的综合供水损耗度。
[0066]
分支节点处的管道中的自来水不止因为死水造成二次污染，给水管道的漏损一样对自来水的水质造成污染，且给水管路的漏损主要集中在各个分支节点处。为此，为了后续准确确定各个分支节点处自来水的污染情况，还需要确定各个分支节点处的综合供水损耗度，实现步骤包括：
[0067]
(3-1)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量和管道压力，计算各个分支节点处的各个管路在设定时间段内各个时刻的水流量损失值和管道压力损失值，进而确定各个分支节点处的各个管路在设定时间段内的水流量损失值均值和管道压力损失值均值，对应的计算公式为：
[0068]
[0069][0070]
其中，分别为分支节点处的各个管路在设定时间段内的水流量损失值均值和管道压力损失值均值，分别为该分支节点处的管路a、管道b、管道c在设定时间段内第i个时刻的水流量，为该分支节点处的各个管路在设定时间段内第i个时刻的水流量损失值，分别为该分支节点处的管路a、管道b、管道c在设定时间段内第i个时刻的管道压力，为该分支节点处的各个管路在设定时间段内第i个时刻的管道压力损失值，n为该分支节点处的某个管路在设定时间段内对应时刻的总数目，也就是该分支节点处的某个管路在设定时间段内所获取的水流速度的总数目及管道压力的总数目，在本实施例中，n＝288。
[0071]
(3-2)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段内的水流量损失值均值和管道压力损失值均值，确定各个分支节点处的综合供水损耗度，对应的计算公式为：
[0072][0073]
其中，r为某个分支节点处的综合供水损耗度，分别为该分支节点处的各个管路在设定时间段内的管道压力损失值均值和水流量损失值均值，p0为管道压力损失值修正值，为固定参数，f0为水流量损失值修正值，为固定参数，p0和f0可以根据实际需要进行设定。
[0074]
(4)根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度以及各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个分支节点处的污染指标值，具体实现步骤包括：
[0075]
(4-1)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算各个分支节点处的菌含量均值，对应的计算公式为：
[0076][0077]
其中，为分支节点处的菌含量均值，baca、bacb、bacc分别为该分支节点处的管路a、管道b、管道c在设定时间段对应的菌含量。
[0078]
(4-2)根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度和菌含量均值，计算各个分支节点处的污染指标值，并对计算出的各个分支节点处的污染指标值进行归一化处理，从而得到最终的各个分支节点处的污染指标值，对应的计算公式为：
[0079][0080]
其中，q为最终的分支节点处的污染指标值，其取值范围为[0，1]，u为该分支节点处的综合供水偏移度，r为该分支节点处的综合供水损耗度，为该分支节点处的菌含量均值，bac0为菌含量修正值，为固定值，可以根据实际需要进行设定。
[0081]
根据上述分支节点处的污染指标值的计算公式可知，当分支节点处的管道未发生漏损以及供水偏移较小时，该分支节点处的菌含量就较少，此时该分支节点处的污染指标
值就较小，该分支节点处发生污染的概率就较低；而当分支节点处的管道发生漏损以及供水偏移较大时，该分支节点处的菌含量就较多，此时该分支节点处的污染指标值就较大，该分支节点处发生污染的概率就较高。
[0082]
(5)根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度和污染指标值以及各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个分支节点中的各个供水损失高发分支节点，具体实现步骤包括：
[0083]
(5-1)根据各个分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算各个分支节点处的菌含量均值，具体可参考上述步骤(4-1)。
[0084]
(5-2)根据各个分支节点处的综合供水偏移度、综合供水损耗度、污染指标值和菌含量均值，计算任意两个分支节点处的供水相近程度值，对应的计算公式为：
[0085][0086]
其中，y(i,j)为第i个分支节点和第j个分支节点处的供水相近程度值，ui、uj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的综合供水偏移度，ri、rj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的综合供水损耗度，和分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的菌含量均值，qi和qj分别为第i个分支节点和第j个分支节点处的污染指标值，abs()为绝对值求取函数，sim()为两个向量的相似度计算函数，用于计算向量和的相似度。
[0087]
(5-3)根据任意两个分支节点处的供水相近程度值，对各个分支节点进行分组，从而得到各个分支节点组。
[0088]
在本实施例中，基于任意两个分支节点处的供水相近程度值y，利用k-means算法对各个分支节点进行聚类，从而得到3个分支节点组，分别为供水损失高发分支节点组、供水损失中发分支节点组和供水损失低发分支节点组。其中，供水损失高发分支节点组中的各个供水损失高发分支节点是指最容易发生管道漏损和死水混入且最容易滋生菌类的分支节点，因此后续通过对供水损失高发分支节点组中的各个分支节点进行分析，即可以确定给水管道的漏损及死水回流位置。
[0089]
(5-4)根据各个分支节点组中的各个分支节点处的污染指标值，确定各个分支节点组中的供水损失高发分支节点组，供水损失高发分支节点组中的各个分支节点即为供水损失高发分支节点。
[0090]
根据步骤(5-3)可知，供水损失高发分支节点组中的各个供水损失高发分支节点是指最容易发生管道漏损和死水混入且最容易滋生菌类的分支节点，这类分支节点处的污染指标值相对较大，因此通过分析各个分支节点组中的各个分支节点处的污染指标值情况，即可确定各个分支节点组中的供水损失高发分支节点组。在本实施例中，对于每个分支节点组，计算该组中的各个分支节点处的污染指标值的均值，进而确定三个分支节点组中最大的污染指标值的均值所对应的分支节点组，该分支节点组即为供水损失高发分支节点组。进而，该供水损失高发分支节点组中的各个分支节点也就是要确定的供水损失高发分支节点。
[0091]
(6)根据各个供水损失高发分支节点处的污染指标值以及各个供水损失高发分支
节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，具体实现步骤包括：
[0092]
(6-1)根据各个供水损失高发分支节点处的污染指标值，计算各个供水损失高发分支节点处的污染指标值均值，对应的计算公式为：
[0093][0094]
其中，q
overall
为各个供水损失高发分支节点处的污染指标值均值，也就是各个供水损失高发分支节点处的整体污染指标，qk为第k个供水损失高发分支节点处的污染指标值，k为供水损失高发分支节点的总数目。
[0095]
(6-2)根据各个供水损失高发分支节点处的各个管路在设定时间段对应的菌含量，计算各个供水损失高发分支节点处的菌含量均值，具体可参考上述步骤(4-1)。
[0096]
(6-3)计算各个供水损失高发分支节点处的污染指标值与所述污染指标值均值之间的污染指标差值，并根据各个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值以及各个供水损失高发分支节点处的菌含量均值，确定各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，对应的计算公式为：
[0097][0098]
其中为第k个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，为第k个供水损失高发分支节点处的菌含量均值，q0为污染指标值修正系数，可以根据实际需要进行设定，δqk为第k个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值，δqk＝q
k-q
overall
，qk为第k个供水损失高发分支节点处的污染指标值，q
overall
为各个供水损失高发分支节点处的污染指标值均值。
[0099]
根据上述供水损失高发分支节点处的菌含量预测值的计算公式可知，当第k个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值δqk越大时，说明该供水损失高发分支节点处受污染程度越严重，此时对应的菌含量预测值就会越大，而当第k个供水损失高发分支节点处对应的污染指标差值δqk越小时，说明该供水损失高发分支节点处受污染程度越不严重，此时对应的菌含量预测值相对就会相对较小。
[0100]
(7)根据各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值，确定各个供水损失高发分支节点处是否受到污染。
[0101]
国家标准的自来水菌含量为bac
x
，将该菌含量bac
x
作为规定菌含量阈值，然后分别判断各个供水损失高发分支节点处的菌含量预测值是否大于规定菌含量阈值bac
x
，若大于规定菌含量阈值，则说明此时供水损失高发分支节点处有死水混入或者管道漏损，该分支节点下游的用户的自来水质量极可能不合格，此时判定对应的供水损失高发分支节点处受到污染，并将该受到污染的分支节点的位置发送给后台，以便于工作人员对该受污染的分支节点及时检查维修。同时，通过短信或者电话通知该受到污染的分支节点下游的用户，以避免这些用户使用到遭受污染的自来水。
[0102]
另外，该智慧水务管理方法还通过多参数水质传感器每分钟测量一次水质数据，即每分钟测量一次自来水供水厂、建筑物水池以及用户等各处的水质数据，这些水质数据包括ph值、含氯量、离子浓度、浊度、含电导率、硬度等，并将这些水质数据显示在app或者网页中，以方便用户查阅。
[0103]
本实施例还提供了一种智慧水务管理系统，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互耦合，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的质量以实现上述的智慧水务管理方法。由于该智慧水务管理方法已经在上述内容中进行了详细介绍，此处不再赘述。
[0104]
本发明通过对各个分支节点处的水流量、水流速度、管道压力和菌含量进行分析，可以准确确定受到污染的分支节点，从而实现了对自来水污染情况的可靠检测，并及时对受到污染的分支节点的下游用户进行通知，避免这些用户使用到遭受污染的自来水，保证了用水安全。
[0105]
需要说明的是：以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。